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Thermodynamik.
Energieumwandlung

I Verbrennung thermische Energie.
Auswirkungen der Thermodynamik

Entropy

Erster Hauptsatz der Thermodynamik

Erster Hauptsatz der Thermodynamik

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik besagt : "Die Gesamtenergie eines isolierten Systems wird weder erzeugt noch zerstört, sie bleibt konstant." Es ist ein Prinzip, das die Energieeinsparung widerspiegelt.

Energie wird nur von einem Typ in einen anderen umgewandelt. Wenn eine Energieklasse verschwindet, muss eine äquivalente Menge einer anderen Klasse erzeugt werden.

Ein Körper kann eine bestimmte Geschwindigkeit haben. Geschwindigkeit beinhaltet kinetische Energie. Wenn Sie an Geschwindigkeit verlieren, verlieren Sie kinetische Energie. die in eine andere Art von Energie umgewandelt wird. Die Umwandlung kann in potentielle Energie (wenn sie Höhe annimmt), Wärmeenergie (wenn es irgendeine Art von Reibung gibt, die es erwärmt) usw. sein.

Das erste Prinzip der Thermodynamik erlaubt es uns, das Postulat des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik zu definieren :

Wenn wir ein adiabatisches System mit einer bestimmten Menge an mechanischer Energie W versorgen, bewirkt diese Energie nur eine Erhöhung der inneren Energie von System U. Also:

Erster Hauptsatz der Thermodynamik

Erster Hauptsatz der Thermodynamik für nicht isolierte Systeme

Wenn das System nicht isoliert ist, ist diese Gleichheit nicht erfüllt und das System erfährt eine Wärmeänderung.

Erster Hauptsatz der Thermodynamik

Für den ersten Hauptsatz der Thermodynamik gibt es keinen trivialen Schritt von der physikalischen Konzeption von der geschlossenen Systemansicht zur offenen Systemansicht.

Für geschlossene Systeme sind die Konzepte eines adiabatischen Gehäuses und einer adiabatischen Wand wesentlich. Materie und innere Energie können eine solche Wand nicht durchdringen oder durchdringen. Für ein nicht isoliertes System gibt es eine Wand, die das Eindringen von Materie ermöglicht.

Im Allgemeinen trägt Materie in diffusiver Bewegung eine gewisse innere Energie mit sich. Einige Änderungen der mikroskopischen potentiellen Energie begleiten die Bewegung. Ein offenes System ist nicht adiabatisch geschlossen.

In einigen Fällen kann ein Prozess für ein nicht isoliertes System für bestimmte Zwecke als isoliertes System betrachtet werden.

In einem offenen System kann per Definition hypothetisch oder potenziell Materie zwischen dem System und seiner Umgebung übertragen werden. Wenn der interessierende Prozess in einem bestimmten Fall jedoch nur einen hypothetischen oder potenziellen, aber keinen tatsächlichen Durchgang von Materie beinhaltet, kann der Prozess als ein geschlossenes System betrachtet werden.

Kriterien unterschreiben

W ist die Arbeit, die am oder vom System ausgeführt wird. Wenn die Arbeit vom System erledigt wird, ist W negativ. Wenn die Arbeit am System ausgeführt wird, ist W positiv.

ΔQ ist die Wärmemenge, die von einer thermischen Maschine absorbiert oder abgegeben wird. Wenn die Nettowärmeübertragung auf das System erfolgt, ist ΔQ positiv. Wenn der Nettoenergietransfer das System verlässt, ist ΔQ negativ.

Dieses Zeichenkriterium ist wichtig, da es je nach Autor unterschiedlich ist.

Was ist ein adiabatisches System?

Ein adiabatischer Prozess ist ein Prozess, bei dem das System keine Wärme mit seiner Umgebung austauscht. Es ist im thermischen Gleichgewicht. Ein adiabatischer Prozess, der auch reversibel ist, ist ein isentropischer Prozess.

Der Begriff adiabatisch bezieht sich auf Volumina, die die Wärmeübertragung mit der Umwelt verhindern. Eine isolierte Wand befindet sich ziemlich nahe an einer adiabatischen Grenze.

Ein adiabatischer Prozess wird mit konstanter Wärmeschwankung durchgeführt. In einem isobaren Prozess wird es bei konstantem Druck durchgeführt.

Was ist innere Energie?

Interne Energie ist die Energie, die benötigt wird, um ein System ohne Temperatur- oder Volumenänderungen zu erstellen.

Joule führte ein Experiment durch, bei dem er zu dem Schluss kam, dass die in einer thermischen Maschine übertragene Energie Teil der inneren Energie der Maschine wurde.

Diese Erfahrungen dienen dazu, diese Beobachtung auf alle thermodynamischen Systeme auszudehnen und zu postulieren: Wenn wir ein isoliertes System mit einer bestimmten Menge mechanischer Energie W versorgen, führt dies in gewisser Weise nur zu einer Erhöhung der inneren Energie des Systems U. um die Größe U. als:

Erster Hauptsatz der Thermodynamik

Die interne Energieänderung entspricht der gelieferten Arbeit.

Diese Gleichheit, die für das isolierte System gilt, bildet die Definition der inneren Energie U.

Die innere Energie im internationalen Einheitensystem wird in Joule (J) gemessen.

Die Existenz dieser Größe für jedes System ist das Postulat, das als das erste Prinzip der Thermodynamik bekannt ist.

Enthalpie

Die Enthalpie ist definiert durch H = U + PV

wobei P und V der Druck und das Volumen sind und U die innere Energie ist. Das Konzept der Enthalpie entspricht dem ersten Prinzip in einem Konstantdrucksystem.

Was ist, wenn das System nicht isoliert ist?

Wenn das System nicht isoliert ist, wird Folgendes beobachtet:

Gleichung 2

Die fehlende Energie ist auf Wärmeverlust zurückzuführen. Verluste sind auf die Wärmeübertragung vom System nach außen aufgrund ihrer Temperaturunterschiede zurückzuführen.

Dann können wir schreiben:

Gleichung 3

Zusammenfassend können wir sagen, dass die mathematische Formulierung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik, der vorherigen Gleichung, drei verwandte Ideen enthält:

  • Die Existenz einer inneren Energiefunktion.

  • Das Prinzip der Energieeinsparung,

  • Die Definition von Wärme als Energie im Transit

Zusammenfassung und Fazit

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik ist der gleiche wie der Hauptsatz der Energieerhaltung. Dieses Prinzip besagt:

  • In einem isolierten System wird Energie weder erzeugt noch zerstört. Es macht nur Transformationen durch.

  • Wenn ein System mechanisch bearbeitet wird, variiert seine innere Energie.

  • Wenn das System nicht isoliert ist, wird ein Teil der Energie in Wärme umgewandelt, die entweder in das System eintreten oder es verlassen kann.

  • Ein isoliertes System ist ein adiabatisches System. Die Hitze kann weder eintreten noch austreten. Es wird keine Wärmeübertragung durchgeführt.

      Referenzen

      Autor:

      Erscheinungsdatum: 1. Juli 2016
      Geändert am: 4. Juni 2020